数控机床结构与原理.ppt

第五章 数控机床,主编 陈 劭,（2007版）,数控机床结构及主要部件,数控机床认识一 数控机床组成二 数控机床结构性能与布局特点,数控机床了解项目 一 数控机床坐标系二 数控系统 三 数控机床的主传动系统 四 数控机床的进给传动系统 五 检测装置,数控机床结构及主要部件,六 自动换刀装置七 数控机床床身八 刀具系统九 夹具及附件,数控机床结构及主要部件,数控机床认识项目,一、数控机床的组成与结构,输入装置,输出装置,计算机数控装置,PLC,主轴控制单元,主轴,机床,伺服电机,速度控制单元,工作台,位置检测反馈装置,项目一 数控机床组成,二、数控机床工作过程,数控机床结构及主要部件,加工准备阶段,机床调整阶段,程序调试阶段,试切加工阶段,正式加工阶段,检 测,数控机床结构及主要部件,三、数控机床的性能指标,1.精度指标 定位精度、重复定位精度、分辨率、脉冲当量等2.坐标轴指标 可控轴数、联动轴数3.运动性能指标 主轴转速、进给速度、行程、换刀时间等4.加工能力指标 每分钟最大金属切除率,数控机床结构及主要部件,项目二 数控机床结构性能与布局特点,一、对数控机床结构的基本要求,1.数控机床应具有更高的静、动刚度（1）提高静刚度的措施 1）基础大件采用封闭整体箱形结构 2）合理布置加强筋 3）提高部件之间的接触刚度。,数控机床结构及主要部件,封闭整体箱形结构,数控机床结构及主要部件,（2）提高动刚度的措施 1）改善机床的阻尼特性（如填充阻尼材料）2）床身表面喷涂阻尼涂层 3）充分利用结合面的摩擦阻尼 4）采用新材料，提高抗震性,数控机床结构及主要部件,人造大理石床身（混凝土聚合物）,数控机床结构及主要部件,天然大理石床身,数控机床结构及主要部件,2.数控机床应有更小的热变形 控制热变形的措施：对机床热源进行强制冷却，采用热对称结构。,数控机床结构及主要部件,主轴,冷却风管,对机床热源进行强制冷却,数控机床结构及主要部件,主轴,冷却风管,对机床热源进行强制冷却,数控机床结构及主要部件,热对称结构立柱,数控机床结构及主要部件,机床排屑系统,数控机床结构及主要部件,3.数控机床运动件之间的摩擦要小，要消除传动系统的间隙，达到低速时无爬行，高速时快速响应。,MOV2 进给运动,数控机床结构及主要部件,4.数控机床应有更好的宜人性（人机关系及环保）,便于操作的机床结构,数控机床结构及主要部件,二、数控机床布局特点,数控机床大都采用机、电、液、气一体化布局，全封闭或半封闭防护，机械结构大大简化，易于操作及实现自动化。,数控机床结构及主要部件,1.数控车床的布局和结构特点,水平床身,数控机床结构及主要部件,倾斜床身,数控机床结构及主要部件,垂直床身,数控机床结构及主要部件,垂直床身,数控机床结构及主要部件,立式数控车床,数控机床结构及主要部件,立式数控铣床,2.数控铣床的布局和结构特点,数控机床结构及主要部件,卧式数控铣床,数控机床结构及主要部件,龙门数控铣床,数控机床结构及主要部件,固定立柱立式加工中心,3.加工中心的布局和结构特点,数控机床结构及主要部件,固定立柱立式加工中心,数控机床结构及主要部件,滑枕立式加工中心,数控机床结构及主要部件,O形整体床身立式加工中心,数控机床结构及主要部件,移动立柱卧式加工中心,模块二 数控机床结构及主要部件,移动立柱卧式加工中心,数控机床结构及主要部件,移动立柱卧式加工中心,数控机床结构及主要部件,移动立柱卧式加工中心,数控机床结构及主要部件,工作台移动式龙门加工中心,数控机床结构及主要部件,落地式5坐标加工中心,数控机床结构及主要部件,MOV3 五坐标高速加工中心,数控机床结构及主要部件,实现2个回转坐标运动的工作台,A,C,数控机床结构及主要部件,快走丝电火花线切割机床,4.数控电火花线切割机床的布局和结构特点,数控机床结构及主要部件,垂直慢走丝电火花线切割机床,数控机床结构及主要部件,水平慢走丝电火花线切割机床,数控机床结构及主要部件,水平慢走丝电火花线切割机床,数控机床结构及主要部件,水平慢走丝电火花线切割机床,数控机床结构及主要部件,工作台移动式电火花机床,5.数控电火花成型加工机床的布局和结构特点,数控机床结构及主要部件,工作台固定式电火花机床,数控机床结构及主要部件,龙门架移动式电火花机床,数控机床结构及主要部件,数控机床学习项目,一、数控机床坐标系的作用 描述机床的运动，产生数据信息。二、数控机床坐标系确定的依据JB3051-8（ISO841）为简化程序编制，保证数据的互换性。,项目一 数控机床坐标系,数控机床结构及主要部件,三、数控机床坐标系的确定方法 1.假定刀具相对于固定的工件运动,数控机床结构及主要部件,2.采用右手笛卡儿坐标系,直线坐标 X Y Z旋转坐标 A B C附加坐标 U V W,数控机床结构及主要部件,3.确定顺序：ZXY 4.增大工件和刀具之间距离的方向为运动的正方向,数控机床结构及主要部件,四、数控机床坐标系坐标原点,数控机床结构及主要部件,卧式数控车床坐标系,+X,+Z,主轴,刀架,数控机床结构及主要部件,立式数控铣床坐标系,+Z,+X,+Y,数控机床结构及主要部件,项目二 数控系统,一、数控系统的组成与作用,1.组成 CNC系统由输入输出设备、CNC装置、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。2.作用 接受信息计算处理发出控制命令,数控机床结构及主要部件,二、数控系统工作过程,数控机床结构及主要部件,1.要求 高效、稳定、可靠、开放2.类型 电子管 晶体管 集成电路 小型计算机 微处理器 工控PC机,硬线连接数控系统（NC系统）,软件数控系统（CNC系统）,三、数控系统要求、类型及性能评价指标,数控机床结构及主要部件,3.数控系统的性能指标（1）分辨率和进给速度（2）可控轴数和联动轴数（3）显示功能（4）通信功能（5）主CPU性能（6）自诊断功能,数控机床结构及主要部件,四、常见数控系统,FANUC,数控机床结构及主要部件,华中HNC,数控机床结构及主要部件,项目三 数控机床的主传动系统,产生主切削力,一、主传动系统作用,1.足够的转速范围2.足够的功率和扭矩3.各零部件应具有足够的精度、强度、刚度和抗振性4.噪声低、运行平稳,二、对主传动系统的要求,数控机床结构及主要部件,三、主传动的变速方式 1.采用变速齿轮传动 2.采用同步齿形带传动 3.采用主轴电机直接驱动（一体化主轴，电主轴）,数控机床结构及主要部件,变速齿轮传动,数控机床结构及主要部件,同步齿形带传动,数控机床结构及主要部件,主轴电机直接驱动,数控机床结构及主要部件,电主轴,数控机床结构及主要部件,四、主轴部件 1.主轴轴承 2.主轴准停装置 3.刀具自动夹紧和清洁装置,数控机床结构及主要部件,数控车床主轴结构,数控机床结构及主要部件,4.主轴的润滑、冷却方式（1）主轴轴承润滑方式：油脂润滑、油液循环润滑、油雾润滑、油气润滑（2）主轴冷却方式：减少轴承及切割磁力线发热，有效地排除已产生的热量,数控机床结构及主要部件,主轴的润滑、冷却方式,数控机床结构及主要部件,项目四 数控机床进给传动系统,一、进给传动系统作用,接受数控系统发出的进给脉冲，经放大和转换后驱动执行元件实现预期的运动。,二、对进给传动系统的要求,1.有较高的工作精度 2.响应速度快 3.调速范围宽 4.稳定性好 5.可靠性高,数控机床结构及主要部件,滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副,数控机床结构及主要部件,三、进给传动系统种类 1.步进电机伺服进给系统 2.直流电机伺服进给系统 3.交流电机伺服进给系统 4.直线电机伺服进给系统,数控机床结构及主要部件,电机,支承,丝杠,螺母,伺服进给系统,数控机床结构及主要部件,伺服电机,数控机床结构及主要部件,工作台,床身,直线电机,数控机床结构及主要部件,四、进给运动传动部件1.滚珠丝杠螺母副1）工作原理2）作用：将回转运动转换为直线运动3）特点：传动效率高，摩擦力小，寿命长，经预紧后可消除轴向间隙，无反向空行程，成本高，不能自锁，尺寸不能太大。4）用途：各类中小型数控机床的直线进给,数控机床结构及主要部件,滚珠丝杠螺母副,数控机床结构及主要部件,2.回转工作台 1）作用：实现绕X、Y、Z轴的圆周进给运动 2）种类：数控回转工作台、数控分度工作台,数控机床结构及主要部件,数控回转工作台,数控机床结构及主要部件,数控分度头,数控机床结构及主要部件,3.导轨 导轨是进给系统的重要环节，是机床基本结构的要素之一。机床加工精度和使用寿命很大程度上取决于机床导轨的质量。对导轨的要求：高的导向精度、良好的精度保持性、良好的摩擦特性、运动平稳、高灵敏度、寿命长。,数控机床结构及主要部件,1）滑动导轨 摩擦特性好、耐磨性好、运动平稳、工艺性好、速度较低。2）滚动导轨 摩擦系数小、运动轻便、位移精度和定位精度高、耐磨性好、抗震性较差、结构复杂、防护要求较高。,数控机床结构及主要部件,滑动导轨,数控机床结构及主要部件,滚动导轨,数控机床结构及主要部件,项目五 检测装置,检测装置是把位移和速度测量信号作为反馈信号，并将反馈信号转换成数字信号送回计算机与脉冲指令信号进行比较，以控制驱动元件正确运转。检测装置的精度直接影响数控机床的定位精度和加工精度。,一、检测装置作用,二、对检测装置的要求,高的可靠性和抗干扰能力，满足机床加工精度和加工速度的要求，使用维护方便，成本低。,数控机床结构及主要部件,三、检测装置的分类 直线型 直线位移检测装置 位置检测装置 旋转型检测装置 角度位移检测装置 速度检测装置,数控机床结构及主要部件,感应同步器 直线型检测装置 光 栅 磁 栅,旋转变压器 旋转型检测装置 脉冲编码器 测速发电机,数控机床结构及主要部件,光 栅,数控机床结构及主要部件,脉冲编码器,数控机床结构及主要部件,项目六 自动换刀装置（ATC）,换刀时间短，刀具重复定位精度高，足够的刀具容量，体积小，稳定可靠。,一、自动换刀装置作用,自动换刀装置可帮助数控机床节省辅助时间，并满足在一次安装中完成多工序、工步加工要求。,二、对自动换刀装置的要求,数控机床结构及主要部件,回转刀架换刀更换主轴头换刀 机械手换刀使用刀库的换刀 刀库与主轴相对运动换刀,三、换刀方式,四、刀具交换装置,数控机床结构及主要部件,回转刀架换刀,数控机床结构及主要部件,机械手换刀,数控机床结构及主要部件,刀库与主轴相对运动换刀,数控机床结构及主要部件,五、刀库 1.刀库容量 10-40,塔式2.类型 盘式 链式 顺序选刀3.选刀方式 任意选刀,数控机床结构及主要部件,盘式刀库,链式刀库,数控机床结构及主要部件,项目七 数控机床床身,支承机床的零部件并保证这些零部件在加工过程中占有的准确位置。,一、数控机床床身作用,三、数控机床床身类型,二、对床身的要求,刚性高、抗振性好、热变形小、易于安装调整。,1.铸铁2.人造大理石3.钢板焊接,数控机床结构及主要部件,三点支承床身,数控机床结构及主要部件,项目八 刀具系统,一、刀具系统作用,数控车床刀具系统,模块二 数控机床结构及主要部件,数控铣床刀具系统,数控机床结构及主要部件,加工中心刀具系统,数控机床结构及主要部件,二、刀具系统要求,1.刀片或刀具几何参数和切削参数的规范化、典型化2.刀片或刀具材料及切削参数与被加工工件材料之间的匹配3.刀片或刀具耐用度及其经济寿命指标的合理性4.刀片或刀柄的定位基准的优化5.刀片或刀柄对机床主轴的相对位置精度的要求6.刀片或刀柄的转位、拆装的重复精度的要求7.刀柄强度、刚性和耐磨性的要求8.刀柄或工具系统的装机重量限度的要求9.刀片或刀柄切入位置和方向的要求10.刀片或刀柄的通用化、规格化、系列化11.整个工具系统和自动换刀系统的优化,数控机床结构及主要部件,三、刀具系统内容,中国：GB10944-89国际：ISO7388-83美国：ANSI/ASME B5.50-1985日本：MAS403-1982德国：DIN69871-1988,1.标准,数控机床结构及主要部件,整体式,模块式,2.类型,数控机床结构及主要部件,四、数控刀具结构与刀具材料,1）整体式2）机夹式3）内冷式4）抗振式5）特殊型式,1.刀具结构,数控机床结构及主要部件,机夹式可转位硬质合金立铣刀,数控机床结构及主要部件,刀具中心冷却,数控机床结构及主要部件,1）高速钢2）硬质合金3）陶瓷4）立方氮化硼5）金刚石,2.刀具材料,数控机床结构及主要部件,项目九 夹具及附件,数控机床上常用的夹具及附件有：机用虎钳、平口虎钳、液压虎钳、卡盘、对刀仪等。,数控机床结构及主要部件,对刀仪,数控机床结构及主要部件,虎 钳,数控机床结构及主要部件,虎 钳,数控机床结构及主要部件,回转坐标轴,数控机床结构及主要部件,铣削用三爪卡盘,数控机床结构及主要部件,铣削用四爪卡盘,主编：,撰稿教师：（以姓氏为序）,制作：,责任编辑：,电子编辑：,欢迎你认真浏览！,